醋酸甲酯水解催化反应精馏模拟及工业化试验

采用非平衡级速率模型对醋酸甲酯水解过程进行了模拟计算,考察了水酯比、回流进料比等对醋酸甲酯水解率及塔釜醋酸浓度的影响,得到了下一阶段工业化试验的工艺条件,为工业化生产提供了技术支持.并在年产35kt聚乙烯醇(PVA)生产装置中采用新型立体传质塔板(CTST)反应精馏塔板,进行了醋酸甲酯水解反应精馏塔的工业化试验.通过工业化试验,确定了生产的工艺条件:醋酸甲酯进料8m3·h-1,水酯比3.0,回流进料比3.0,转化率达75%左右.并且模拟结果和试验结果吻合较好.     

侧反应器反应精馏方法生产醋酸甲酯的模拟

采用强酸性阳离子交换树脂催化醋酸与甲醇反应精馏生成醋酸甲酯,可避免硫酸作为催化剂的不足。但该非均相催化反应受平衡限制,且达到平衡时间较长,采用传统反应精馏塔难以提供足够反应空间。文中设计侧反应器与精馏塔耦合新工艺,采用Aspen Plus软件模拟研究了侧反应器数量、位置,原料进料位置,回流比,醇酸比等对反应精馏过程的影响。结果表明,当装置具有7个侧反应器,反应器间隔4块板,在优化的操作条件下,醋酸甲酯质量分数可达99.1%。     

PROⅡ对反应精馏系统的模拟分析

乙酸甲酯的制备是反应精馏在工业上的典型应用。采用美国SIMSCI公司开发的化工流程模拟软件PROII,模拟催化反应精馏法制备乙酸甲酯过程,分析了塔的操作压力、回流比、甲醇的进料位置以及甲醇过量程度等参数对反应精馏塔分离效果的影响。模拟结果表明,较低的操作压力有利于该反应的进行,反应精馏塔的最佳回流比为1.80~2.15,甲醇宜在反应区的底部进料,甲醇与乙酸的摩尔比宜为1.2∶1。     

反应精馏法制备醋酸甲酯的研究

以醋酸、甲醇为原料,以浓硫酸为催化剂,对反应精馏法制备醋酸甲酯的过程进行了实验研究。着重考察了回流比、进料中醋酸摩尔分率、塔板数及混酸进料位置等因素对反应转化率和塔顶产品中醋酸甲酯含量的影响,并得出最佳的工艺条件。     

醋酸甲酯水解新工艺过程模拟计算

本文利用已有的热力学、水解反应动力学模型以及现有催化填料的基础数据,提出了醋酸甲酯水解工艺新流程,采用催化精馏塔代替老工艺中的固定床水解反应器,分析新工艺中各塔的进料位置、回流比等灵敏度参数确定了新工艺的优化操作参数。通过全流程模拟优化,得到了各塔较佳的操作参数,在优化操作条件下醋酸甲酯总水解率达到100%,甲醇和醋酸质量浓度分别为99.97%与95.00%,为醋酸甲酯催化精馏水解新工艺的工业应用提供了基础数据。     

硼酸三甲酯流化催化精馏工艺的研究

以负载氯化锂强酸性离子交换树脂为催化剂,对硼酸三甲酯流化催化精馏工艺进行了研究。结果表明:催化精馏塔1适宜的操作条件为:回流比为4、进料高度为0.6 m、进料速率为4.48 m L/min、全塔压降为200 mm水柱、塔釜1的反应体积为200 m L;催化精馏塔2适宜的回流比为10。催化精馏塔1中硼酸三甲酯的收率为82.4%,精馏塔2中硼酸三甲酯的收率为97.8%。     

双效精馏分离甲醇和醋酸甲酯工艺模拟

在聚四亚甲基醚二醇(PTMEG)生产工艺中,醇解反应副产醋酸甲酯,在分离醋酸甲酯时容易形成甲醇和醋酸甲酯共沸体系,不易得到高纯度的醋酸甲酯产品。研究了甲醇和醋酸甲酯形成二元共沸物特性,提出采用双效精馏工艺分离甲醇和醋酸甲酯。利用Aspen Plus软件对分离工艺进行模拟及优化,模拟结果显示较佳的工艺条件:低压塔操作压力35 k Pa(G),塔顶采出量1 500 kg/h,理论板数23,第9块板进料,S6流股第5块板进料,回流比6;高压塔操作压力680 k Pa(G),理论板数19,第7块板进料,回流比3。双效精馏过程中塔底再沸器和塔顶冷凝器节能率分别为27.18%和28.35%。     

催化精馏合成醋酸甲酯的研究

以强酸型阳离子交换树脂为催化剂,在直径为40 mm的填料塔内对催化精馏合成醋酸甲酯进行了研究。实验塔的三段填料高度分别为810、270、450 mm,填料段之间放置直径为60 mm、高度为175 mm的2节催化剂床层,并在塔釜放置催化剂。采用连续操作,着重考察了醇酸进料摩尔比、醋酸进料位置、甲醇进料位置和回流比对催化精馏合成醋酸甲酯的影响。在选定实验条件下,塔顶醋酸甲酯的质量分数可达到98.43%,醋酸的转化率达到99.13%。     

用人工神经网络模型模拟催化精馏塔

尝试用人工神经网络模型模拟醋酸甲酯水解催化精馏塔的操作过程,并寻求最佳工艺条件。以进料水酯比、回流进料比和醋酸甲酯的体积流率与催化剂体积比作为输入层的三个节点,醋酸甲酯的转化率和塔釜中的酸水比为输出层的两个节点,采用ＢＰ算法结合模拟退火算法,利用小试实验数据训练网络并检验训练结果;内插或外推一系列假想的工艺条件,让网络预测操作结果,最后确定最佳操作目标,通过网络模型寻找一组最佳工艺条件。结果表明：以充足可靠的实验数据为基础,神经网络模型能精确预测实验结果;利用人工神经网络模型对工艺条件进行优化,可取得令人满意的结果。     

催化精馏过程制备乙酸乙酯的研究

以自制的填料型SO2-4/Al2O3-Al和SO2-4/ZrO2-Al2O3-Al固体酸为催化剂,在直径30 mm的不锈钢催化精馏塔中进行乙酸乙酯的合成研究,考察了回流比、进料酸醇摩尔比、进料流量等操作参数对反应和分离过程的影响.结果表明,适宜的操作条件为回流比为3,酸醇摩尔比为5,乙醇进料流量为1 mol/h.     

醋酸甲酯和甲醇热集成变压精馏分离工艺模拟与优化

基于对醋酸甲酯与甲醇二元共沸特性的分析,提出热集成变压精馏分离醋酸甲酯和甲醇的工艺. 利用Aspen Plus软件对该分离过程进行模拟,以NRTL活度系数方程为物性计算方法,其二元相互作用参数由气液相平衡数据回归,分析了加压塔和常压塔的理论板数、进料位置及回流比对分离效果的影响,并进行了能耗比较. 结果表明,该工艺能很好地分离醋酸甲酯和甲醇,较佳的工艺条件为：加压塔操作压力909 kPa,理论板数32,第21块板进料,回流比4.2,塔釜醋酸甲酯纯度99.8%;常压塔操作压力101 kPa,理论板数30,第20块板进料,回流比4.6,塔釜甲醇纯度99.0%. 与常规变压精馏相比,热集成变压精馏可节能达45.8%;与以水为萃取剂的萃取精馏分离工艺相比,热集成变压精馏分离工艺更适合醋酸甲酯与甲醇体系的分离.     

Optimization of coproduction of ethyl acetate and n-butyl acetate by reactive distillation☆

Based on a previous investigation, a simulation model was used for optimization of coproduction of ethyl acetate and n-butyl acetate by reactive distil ation. An experimental setup was established to verify the simulated results. The effects of various operating variables, such as ethanol feed location, acetic acid feed location, feed stage of reaction mixture of acetic acid and n-butanol, reflux ratio of ethyl acetate reactive distillation column, and distil-late to feed ratio of n-butyl acetate column, on the ethanol/n-butanol conversions, ethyl acetate/n-butyl acetate purity, and energy consumption were investigated. The optimal results in the simulation study are as follows:ethanol feed location, 15th stage;acetic acid feed location, eighth stage;feed location of reaction mixture of acetic acid and n-butanol, eighth stage;reflux ratio of ethyl acetate reactive distillation column, 2.0;and distillate to feed ratio of n-butyl acetate, 0.6.     

离子液体催化反应精馏合成乙酸乙酯工艺模拟

为研究离子液体在反应精馏中的作用,采用离子液体1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐（[BMIM]HSO₄）作为催化剂,对乙酸和乙醇合成乙酸乙酯的反应精馏流程进行了计算模拟。在确定了参数的酯化反应动力学的基础上,用Aspen Plus软件建立了反应精馏流程,研究了催化剂用量、精馏段理论板数、反应段理论板数、乙醇进料位置、进料摩尔比、持液量及回流比等参数对反应精馏过程的影响。研究结果表明,塔顶乙酸乙酯的质量分数随催化剂用量、精馏段理论板数、反应段理论板数和持液量增大而增大,工艺流程存在最佳回流比以及最佳进料酸醇摩尔比。得到的优化条件如下：离子液体与乙酸摩尔比为1：2.5,进料酸醇摩尔比为4：1,理论塔板数为21块,乙酸和催化剂在第7块理论塔板进料,乙醇在第19块理论塔板进料,塔板持液量0.1L,回流比为4,塔顶乙酸乙酯的质量分数可以达到98.73%。     

“背包式”反应精馏水解乙酸甲酯的工艺

采用“背包式”反应精馏深度水解乙酸甲酯,考察了工艺条件对水解率和酸水比的影响,并与传统的单塔催化精馏工艺进行了对比。结果表明：提高水酯比可以显著提高乙酸甲酯的水解率;回流进料比的增加有利于提高水解率但会增加能耗,较佳回流比为3.0左右;乙酸甲酯水解率随空速的增加而降低的速度较慢,可以适当提高空速以增加处理能力;增加固定床体积有利于酯的预水解,但是不一定有利于酯的总转化率。采用“背包式”催化精馏工艺可以实现乙酸甲酯的深度水解,且优于传统的单塔催化精馏工艺。     

Simulation of continuous packed bed reactive distillation column for the esterification process using activity based kinetic model

A mathematical model for the continuous packed bed reactive distillation process of esterification of acetic acid with methanol is developed. The kinetic rate equation, which plays a major role for the performance of reactive distillation and it is the part of model, is required for the liquid phase reversible esterification reaction. The mineral sulphuric acid is used as the catalyst. The kinetic experiments are carried out under different temperatures in the range of 305.15 to 333.15 K and catalyst concentrations in the range of 0.1267 mole H⁺/lit to 0.6537 mole H⁺/lit. From that experimental data the kinetic model is developed and the same is used for the simulation of reactive distillation process. Equilibrium stage model, in which the vapour and the liquid leaving a stage are assumed to be in equilibrium with each other, has been used for the simulation of reactive distillation process by incorporating our kinetic model. Conversion of acetic acid as function of reflux ratio and reboiler ratio has been predicted. The liquid composition and temperature profiles versus stage number have been also predicted. Finally, the optimum operating conditions obtained from the simulation results for high pure methyl acetate by reactive distillation process.     

变压精馏分离甲醇-丙酮的工艺模拟及优化

采用Aspen Plus软件,以塔釜能耗为目标,以甲醇、丙酮纯度为约束函数,对双效变压精馏分离甲醇-丙酮工艺过程进行模拟。分析了操作压力、理论板数、回流比、进料位置和进料温度等参数对精馏过程的影响。确定了最优工艺参数：减压塔操作压力40 kPa,理论板数37,回流比2.4,进料塔板数26,进料温度25 ℃;常压塔理论板数30,回流比4.2,进料塔板数23。减压塔所得甲醇质量分数为99.0%,常压塔所得丙酮质量分数为99.7%。对比变压精馏和萃取精馏过程,变压精馏更容易得到高纯度丙酮产品,节能约13.4%。模拟结果对工业设计和设备改造具有一定指导意义。     

用Aspen Plus对反应精馏的模拟计算

以甲醇和醋酸的酯化反应为例,介绍了用Aspen Plus软件模拟计算反应精馏过程的方法。计算过程包括:(1)对反应精馏塔模型进行合理的简化;(2)选取合适的数学模型和热力学模型;(3)选取合适的参数。计算初步确定了最佳回流比,合理的甲醇过量程度,并通过灵敏度分析得出灵敏板的大概位置。本计算结果可作为反应精馏实验的基础。